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1、文件的 结构；,第5章 文件管理,5.1,5.2,5.3,本章讲述内容：,5.4,磁盘存储空间的管理 ；,文件管理与目录结构；,文件的使用。,按文件的保护性质，可把文件分成：只读文件、读写文件、可执行文件、不保护文件。,5.1 文件的结构,5.1.1 文件与文件系统,文件,1.,所谓“文件”，是指具有完整逻辑意义的一组相关信息的集合。文件与文件之间用符号名加以标识，这个符号名被称为“文件名”。文件被存放在大容量的辅助存储器中。当用户需要使用时，就通过文件名把相应的文件读到内存。,文件系统,2.,所谓“文件系统”，是指与文件管理有关的那部分软件、被管理的文件以及管理所需要的数据结构（如目录、索引
2、表等）的总体。,.,文件的分类,3.,.,按文件的性质和用途，可把文件分成： 系统文件、用户文件、库文件。,.,按照文件的保护期限，可以把文件分成：临时文件、档案文件、永久文件。,.,按照文件的存取方式，可以把文件分成：顺序存取文件、随机存取文件。,.,按照设备的类型，可以把文件分成：磁盘文件、磁带文件、打印文件。,.,按照文件的逻辑结构，可以把文件分成：流式文件、记录式文件。,.,按照文件的物理结构，可以把文件分成 ：连续文件、链接文件、索引文件。,.,按照文件的内容，可以把文件分成 ：普通文件、目录文件、特殊文件。,记录式文件：把文件信息划分成一个个记录，存取以记录为单位进行，称这种文件的
3、逻辑结构为“记录式文件”。在这种文件中，每个记录顺序编号，称为“记录号”。在记录式文件中，总有一个数据项能够唯一地标识记录，这种数据项称为记录的“主关键字”。查找文件中的某个记录时，按主关键字去搜索，肯定能够找到。记录中的其他项被称为“次关键字”。利用次关键字可以对文件中的记录进行分类。,流式文件：把文件视为有序的字符集合，其内部不再对信息进行组织划分，称这种文件的逻辑结构为“流式文件”。流式文件以字符为操作对象，适用于进行字符流的正文处理。,1.,文件的两种组织形式,.,5.1.2 文件的逻辑结构,所谓“文件的结构”，是指以什么样的形式去组织一个文件。用户总是从使用的角度组织文件，系统总是从
4、存储的角度组织文件。因此，从用户使用角度组织的文件，称为文件的“逻辑结构”；从系统存储角度组织的文件，称为文件的“物理结构”。,2.,文件系统的主要功能,在文件的逻辑结构与相应的物理结构间建立起映射关系，并实现两者间的转换。即如果用户要使用他文件中的某个信息，那么文件系统就必须根据用户给出的文件名以及所指的信息，找到这个文件，找到这个文件里的那个信息。,3.,文件的两种逻辑结构,.,5.1.3 文件的物理结构,1.,2.,文件的物理结构,文件的三种物理结构,.,文件按不同的组织方式存放在辅存上，就得到文件不同的“物理结构”。文件的物理结构有时也称为文件的“存储结构”。通常是以记录成组的方式把文
5、件存放到辅存的。即一个辅存块里，可能存放多个逻辑记录，块是辅存与内存之间进行信息传输的单位。在文件的物理结构里，把块称为一个“物理记录”。,连续存放：连续文件,用户总是把自己的文件信息看作是连续的。若把这种逻辑上连续的文件信息依次存放到辅存连续的物理块中，那么所涉及的这些物理块就构成了该文件的物理结构。因为这些物理块是连续的，故这种文件的物理结构称为“顺序结构”，或“连续文件”。,0,0,6,1,2,7,3,4,8,5,6,9,2,3,4,5,0,1,10,11,12,13,14,15,扇区号：,0,1,2,3,0,1,2,3,磁 道 号,1,2,3,4,5,6,文件：MYFILE,.,链接块
6、存放：串联文件,若把逻辑上连续的用户文件信息存放到辅存的不连续物理块中，并在每一块里包含一个指针，指向与它链接的下一块所在的位置，最后一块的指针放上“-1”，表示文件的结束。那么这时所涉及的物理块，就是这个用户文件的物理结构。由于这些物理块是不连续的，逻辑文件信息的连续性通过这些块里的指针表现出来，因此把该文件的物理结构称为“链接结构”，或“串联文件”。,0,0,6,1,2,3,4,5,6,2,3,4,5,0,1,7,11,12,13,8,15,扇区号：,0,1,2,3,0,1,2,3,磁 道 号,1,2,3,4,5,6,文件：MYFILE,10,9,14,10,9,14,-1,6,首块指针,
7、.,索引表存放：索引文件,若把逻辑上连续的用户文件信息存放到辅存的不连续物理块中，系统为每个文件建立一张索引表，表中按照逻辑记录存放的物理块顺序记录了这些物理块号。那么这时所涉及的物理块，就是这个用户文件的物理结构。由于这些物理块是不连续的，逻辑文件信息的连续性通过索引表里记录的物理块的块号反映出来，因此把这个文件的物理结构称为“索引结构”，或“索引文件”。,0,0,6,1,2,3,4,5,6,2,3,4,5,0,7,11,12,13,8,15,扇区号：,0,1,2,3,0,1,2,3,磁 道 号,1,2,3,4,5,6,文件：MYFILE,10,9,14,10,9,14,-1,0,6,1,1
8、0,2,9,3,14,索引表,5.1.4 文件的存取,1.,顺序存取,由磁带机的物理特性，文件在其上只能采用顺序结构存放，也只能采用顺序存取的方式对文件进行访问。对于磁盘，文件可以采用顺序结构、链接结构、索引表结构在其上存放。顺序存取方式对它们都是适用的。,2.,随机存取,用户访问文件时，可采用顺序存取和随机存取两种方式。,对磁带机上的文件，不适宜采用随机存取的方式进行访问；对磁盘上的文件，如果该文件使用的是链接结构，那么也不适宜采用随机存取的方式进行访问。,存储设备,存储结构,存取方式,磁 盘,磁 带,连续文件,顺序、随机,串联文件,顺序,索引文件,顺序、随机,连续文件,顺序,3.,存储设备
9、、存储结构、存取方式间的关系,.,.,所谓“顺序存取”，即是按照文件记录的排列次序一个接一个地存取。为了存取第i个记录，必须先通过记录1到记录i-1。,.,.,所谓“随机存取”，即是可以以任何次序存取文件中的记录，无须先涉及它前面的记录，只要给出记录号即可。,.,已知柱面号、磁头号、扇区号。求其对应相对块号、字号、位号的公式为： 相对块号k=柱面号m+磁头号n+扇区号，字号=k / m ，位号=k % m,若每个盘面有n个扇区，相对块号k。那么求柱面号、磁头号、扇区号的公式为： 柱面号=k / m，磁头号=(k % m ) / n，扇区号=(k % m) % n,字长为m，那么第i字第j位 对
10、应的相对块号k是：k = im + j。,5.2.1 位示图,1.,位示图,具体做法是：为所要管理的磁盘设置一张位示图，其大小由磁盘的总块数决定。位示图中的每个二进制位与一个磁盘块（假定一个扇区就是一个磁盘块）对应，该位为“1”，表示对应的块已分配；为“0”，表示对应的块空闲，可以参加分配。,2.,相对块号,所谓“相对块号”，即是指从0开始，按柱面和盘面（即磁头）的顺序对磁盘块进行统一编号。,5.2 磁盘存储空间的管理,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,
11、0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0位,1位,2位,3位,30位,31位,第0字,第1字,第99字,1个柱面,3.,计算公式,.,.,.,创建新文件时，根据文件的长度查找空闲区表，从状态为“有效”的表目里找到合适的表项进行分配；删除一个文件时，在空闲区表里找一个“空白”表项，将该文件原先占用的连续存储空间信息填写进去，并把表项的状态改为“有效”。,5.2.2 空闲区表,1.,空闲区表,2.,存储空间的分配与释放,系统设置一张表格，表中每个表目记录磁盘空间中的一个连续空闲盘区的信息，比如该空闲盘区的起始空闲块号、连续的空闲块个数、以及表目的状态，称此
12、表为“空闲区表”。,5.2.3 空闲块链,1.,空闲块链,所谓“空闲块链”，即在磁盘的每个空闲块里设一个指针，指向另一个磁盘空闲块，所有的空闲块形成一个链表，即空闲块链。这时，系统要设一个空闲块链首指针，链表最后一个空闲块中的指针应该表明为结束，比如记为“-1”。,2.,存储空间的分配与释放,申请存储块时，根据链首指针从链首开始一块块地摘下分配；若释放存储块，就把释放的块从链首插入。当然，无论是申请还是释放，都必须随时修改链首指针，并调整空闲块里的指针。,文件存取控制信息：这些信息将规定系统中各类用户对该文件的访问权限，起到保证文件共享、保密的作用。,文件的物理结构：物理结构反映文件在辅存是如
13、何存放的，它确定了对文件可以采用的存取方式，对完成逻辑结构与物理结构之间的映射是有用处的。,文件的物理位置：因文件在磁盘上的存储结构可以不同，因此指明其在辅存上位置的信息也不一样，目的都是要通过这些信息得到该文件存放在哪些盘块上。这些信息对完成文件逻辑结构与物理结构之间的映射是有用处的。,5.3 文件管理与目录结构,5.3.1 文件控制块与目录,1.,文件控制块,操作系统为每个文件开辟一个存储区，在它里面记录该文件的有关信息，该存储区称为“文件控制块（FCB）”。于是，找到一个文件的FCB，也就得到了这个文件的有关信息，就能够对它进行所需要的操作了。,2.,文件控制块的内容,文件名称：用户为自
14、己的文件起的符号名，它是在外部区分文件的主要标识。,.,.,.,文件的逻辑结构：该信息确定文件是流式的，还是记录式的，记录是固定长度的还是变长的，以及每个记录的长度。,.,.,.,文件管理信息：如文件的创建日期和时间、文件最近一次访问的日期和时间等。,5.3.2 目录的层次结构,1.,一级目录结构,把所有文件的FCB都登记在一个文件目录中，这样由文件名查文件目录项，直接就能够找到所需要的文件，这种文件目录为“一级目录结构”。,test,文件目录,文件,count,wait,help,robit,food,class,group,data,一个目录项,ZONG的文件,WANG的文件,LING的文
15、件,FANG的文件,2.,二级目录结构,test,count,wait,help,robit,food,class,group,data,ZONG的目录,WANG的目录,LING 的目录,FANG的目录,ZONG,WANG,LING,FANG,用户目录：,主目录(根目录)：,二级目录结构由“主目录”与“用户目录”两级构成。主目录里，每个目录项的内容只是给出文件主名以及他的目录所在的磁盘地址。在一个个用户目录里，才是由文件FCB组成的目录。因此，二级目录结构里的用户目录，实际上就是一个一级目录。,3.,树型目录结构,树型目录结构即是目录的层次结构，允许每个用户拥有多个自己的目录。在这棵倒置的树里，第1层为根目录，第2层为用户目录，再往下是用户的子目录。另外，每一层目录里，既可以有子目录的目录项，也可以有具体文件的目录项。利用这种目录结构，用户可以按照需要，组织起自己的目录层次，既灵活，又方便。,C,C,C,C,C,C,
